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《浙江大学》 2010年
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几何活动轮廓图像分割模型的研究

孔丁科  
【摘要】:图像分割是图像处理领域首要解决的关键问题基于曲线演化理论和水平集方法的几何活动轮廓模型不仅能够自适应地处理拓扑结构变化、提供高精度的闭合分割曲线,而且具有对初始条件不敏感、数值实现简单等优点,目前在理论和应用方面的研究正方兴未艾.本文围绕几何活动轮廓模型在医学、自然和遥感等异质图像的分割问题进行了研究,主要获得了以下一些成果: 首先,由于CV模型等传统基于区域的几何活动轮廓模型仅将灰度同质作为区域相似性的测度,致使模型在分割噪声分布大、灰度复杂的自然、遥感等异质图像时难有较好的分割结果.本文提出了一种基于Earth Mover's Distance (EMD)的快速活动轮廓图像分割模型:一方面给出了基于EMD的区域相似性测度,并引入到模型的定义;另一方面,本文采用基于过分割的规则化和快速曲线演化方法.该模型能有效地抑制演化曲线陷入局部极小,因此具有更好的目标地物提取能力.同时,基于过分割的曲线演化提高了模型的数值实现效率.对合成图像和遥感图像的实验结果证明了模型的有效性. 其次,基于局部二值拟合(Local Binary Fitting, LBF)的变分水平集模型的分割质量很大程度上取决于核带宽的选取,容易造成冗余轮廓、边界模糊等问题,本文提出了一种基于边界保持局部拟合的变分水平集模型.该模型引入图像相依的测地时间定义核函数,结合空间距离和图像梯度,自适应地选取邻域采样点;同时,采用基于多波段的图像梯度,并相应地调整图像点的相异性测度,将模型的应用范围扩展至彩色及多光谱图像.实验结果表明,该模型能选取较大核带宽并有效保留潜在的边界信息,从而避免了核带宽的选取问题,提高了演化曲线克服局部极小弱边界等问题的鲁棒性,能较好地应用于灰度异质图像的精确分割;而且,该模型对彩色及多光谱图像的分割也同样有效. 接着,我们研究了基于成对相似性的图划分活动轮廓(Graph Partitioning Active Contours,GPAC)模型.传统GPAC模型的连接权函数仅与图像光谱相关,使得模型在低对比度模糊图像的应用存在较大局限,同时,成对相似性的计算量大,模型的数值实现效率不甚理想.针对上述问题,本文引入测地核函数定义连接权函数,结合多相水平集,提出了基于局部图划分的多相活动轮廓图像分割模型.大量自然图像的仿真实验表明:该模型较GPAC模型具有更好的边界获取能力,同时,模型通过测地核函数的带宽约束,实现了水平集演化的窄带加速效果,减少了成对相似性的计算和存储,从而提高了模型的计算效率. 最后,为了克服传统几何活动轮廓SAR分割模型高度依赖统计分布假定的缺点,本文结合基于成对相似性的图划分方法和几何活动轮廓模型的优点,提出了基于区域相似性的活动轮廓SAR分割模型:首先将原始图像过分割成同质子区域集;然后结合强度和纹理信息真实度量子区域的成对相似性,并以此定义能量泛函;最后利用基于过分割的规则化和快速曲线演化实现SAR图像的有效分割.实测SAR图像的实验结果表明,该模型能较快、准确地得到SAR图像的分割结果.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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2 史娜;基于变分水平集方法的图像分割和目标轮廓跟踪研究[D];中北大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 薛哈乐;基于几何活动轮廓模型的图像分割方法研究[D];东北大学;2012年
2 陆萍;基于图像处理和模式识别的齿痕舌象研究[D];华东理工大学;2014年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 周昌雄;基于活动轮廓模型的图像分割方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 周佳男;;一种拓扑纹理图像的相位场模型分割算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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6 邱雪娜;刘士荣;刘斐;朱伟涛;杜方芳;;一种基于序贯检测机制的运动目标跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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9 李忠伟;潘振宽;倪明玖;;基于TV模型的多相图像分割变分水平集方法[A];图像图形技术研究与应用(2010)[C];2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 沈郑燕;声纳图像去噪与分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
5 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
6 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
7 徐萧萧;基于特征学习与特征联想的视觉跟踪算法研究[D];中国科学技术大学;2010年
8 王义文;钢球表面缺陷检测关键技术研究及样机研制[D];哈尔滨理工大学;2010年
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10 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙涛;基于DR骨密度分析系统的研究[D];南京医科大学;2010年
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3 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 张宗营;SAR影像配准方法研究[D];山东科技大学;2010年
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6 胡申宁;中医舌诊中舌色、苔色自动分类的研究[D];浙江理工大学;2010年
7 李光;基于均值偏移的视频目标跟踪、检测算法研究及系统实现[D];浙江理工大学;2010年
8 张娟;静态场景中运动目标的快速检测与跟踪技术[D];郑州大学;2010年
9 陈欣欣;基于CT图像的血管分割[D];郑州大学;2010年
10 孙宏伟;基于链码的视觉轨线跟踪[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李胜旭;;基于直方图阈值和Snakes模型的舌象图像自动分割[J];辽宁科技大学学报;2009年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 翟艳丽;基于变分和偏微分方程的图像分割技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 高贵;SAR图像目标ROI自动获取技术研究[D];国防科学技术大学;2007年
3 李启翮;基于蛇模型的图像分割与目标轮廓跟踪研究[D];清华大学;2008年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 梅雪;夏良正;李久贤;;一种基于变分水平集的红外图像分割算法[J];电子与信息学报;2008年07期
10 刘嘉;王宏琦;;一种基于图割的交互式图像分割方法[J];电子与信息学报;2008年08期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王宏漫;人面部的代数特征与几何特征的提取及识别[D];大连理工大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 夏利民,谷士文,沈新权;基于活动轮廓的运动目标的动态分割[J];中国图象图形学报;1999年08期
3 夏利民,谷士文,罗大庸,樊晓平;基于活动轮廓的机器人视觉伺服控制[J];国防科技大学学报;2000年01期
4 蒋晓悦,赵荣椿;一种改进的活动轮廓图像分割技术[J];中国图象图形学报;2004年09期
5 夏利民,谷士文,樊晓平,罗大庸;基于活动轮廓的机器人视觉伺服[J];机器人;2000年05期
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7 李生平,贾振堂,贺贵明,韩艳芳,董梅;综合利用人脸特征和活动轮廓技术的人脸检测及跟踪算法[J];小型微型计算机系统;2003年10期
8 胡炯炯,于慧敏,房波;基于形态学约束的B-Snake模型的细胞图像自动分割方法[J];中国图象图形学报;2005年01期
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10 周激流,张晔,朱辉,郭晶,龙建忠;基于动态模板与活动轮廓的人脸正面自动模式识别系统研究[J];四川大学学报(自然科学版);1999年05期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
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3 兰志才;赵忠明;;Snake模型在遥感影像轮廓提取中的应用[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(3)[C];2008年
4 蒋大林;马军强;;基于视频的车辆检测与跟踪方法综述[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
5 主海文;高松;刁越;刘有军;;基于改进活动轮廓模型的血管断层图像分割[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孔丁科;几何活动轮廓图像分割模型的研究[D];浙江大学;2010年
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4 滕奇志;活体心肌细胞动态图象分析及运动机理研究[D];四川大学;2002年
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8 沈超敏;基于几何变分原理的图像处理方法[D];华东师范大学;2009年
9 万卫兵;快速成型在组织工程骨骼修复的应用研究[D];上海交通大学;2007年
10 涂虬;智能视觉监视中目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘驰;基于活动轮廓的图像分割算法研究[D];南京理工大学;2014年
2 张在爱;结合改进VFC的活动轮廓图像分割算法研究[D];山东大学;2014年
3 蒋晓悦;基于活动轮廓的序列图像分割方法研究[D];西北工业大学;2002年
4 范英豪;基于几何活动轮廓的SAR目标提取技术研究[D];浙江工商大学;2013年
5 刘茂奇;基于人体切片的图像分割技术研究[D];广东工业大学;2006年
6 杨丽珍;植物枸杞体细胞胚切片图像中感兴趣目标分割[D];兰州大学;2010年
7 丁炜;基于活动轮廓模型的图像特征提取方法研究[D];广东工业大学;2004年
8 朱旭东;机器人视觉伺服控制研究[D];燕山大学;2005年
9 全刚;基于活动轮廓的图像分割方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
10 龚也君;人体体成份分析中的MR图像处理[D];北京师范大学;2005年
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